[發明專利]一種遠距離LC無源無線傳感系統

有效

• 申請號: 201911033881.6
• 申請日: 2019-10-28
• 公開（公告）號: CN110853318B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 周彬彬;王立峰;董蕾;黃慶安
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G08C17/02
• 分類號: G08C17/02;G08C17/04
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 熊玉瑋

本發明提出一種遠距離LC無源無線傳感系統，涉及無線無源傳感系統技術領域。該系統中探測電路與LC無源無線傳感器電路通過電感磁諧振弱耦合無線連接。通過設計探測電路與LC無源無線傳感器電路的電容值、電感值和電阻值，使得探測電路與LC無源無線傳感器電路的諧振頻率相等，系統的增益和損耗也相等，從而滿足PT對稱性或者PTX對稱性。本發明提出的LC無源無線傳感系統均能避免發生頻率分裂，實現了無源無線信號增強以及超長距離傳輸。探測電路的電容值可調，使得探測電路固有頻率可與傳感器電路信號頻率時刻保持一致，實現了全頻信號的高效傳輸。探測電路中增加可調電阻，極大提高信號強度以及Q值。滿足PTX對稱性的傳感系統電路結構設計對電感電容要求更靈活。

技術領域

本發明涉及無線無源傳感系統技術領域，特別涉及一種遠距離LC無源無線傳感系統。

背景技術

在越來越多的領域內，LC無源無線傳感器已經被廣泛用于監測環境的物理、化學、生物參數。優勢在于：其一，無需有線連接，適用于移動或旋轉的物體、人體內部以及惡劣的環境；其二，無源特性，體積小、壽命長。但是，其自身的小尺寸特性造成采用傳統方法的讀出距離非常有限。現有技術中，無線傳感有三種方式：一種是輻射式，傳輸距離較長，但全方向的天線傳輸效率特別低，而單方向的輻射需要不間斷的視線和復雜的跟蹤裝置；另一種是電磁感應式，傳輸距離極小；最后一種是磁耦合諧振式，有效適用于中場傳輸，無論周圍空間幾何形狀如何，對環境內物體產生的干擾和損耗都很小。因此，磁耦合諧振式應用最廣泛，為了增強無源無線傳感器信號傳輸距離，研究者們提出一種在傳感器和讀出電路中間增加頻率可調式中繼線圈的方法，使得每個電感線圈之間通過諧振式強磁耦合。但該技術，需要精確計算出強磁耦合的臨界值，以避免出現頻率分裂，同時，中繼線圈使得整個傳感系統結構變的復雜。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術所存在的不足而提出一種遠距離LC無源無線傳感系統，該系統中探測電路與LC無源無線傳感器電路通過電感磁諧振弱耦合無線連接，無需計算磁耦合的臨界值，因此簡化了整個傳感系統的結構。通過設計使得探測電路與LC無源無線傳感器電路的電容值、電感值均相等，因此探測電路與LC無源無線傳感器電路的諧振頻率相同；電阻值互為相反數，因此系統增益和損耗也相等，滿足PT對稱性。進一步，通過設計使得探測電路與LC無源無線傳感器電路的電容值、電感值不必完全相等，但仍然保持探測電路與LC無源無線傳感器電路的諧振頻率相同、系統的增益和損耗也相等，滿足PTX對稱性。無論采用何種電路設計，本發明提出的LC無源無線傳感系統均能避免發生頻率分裂，實現了無源無線信號增強以及超長距離傳輸。

為了解決上述技術問題，本發明提出如下技術方案：

一種遠距離LC無源無線傳感系統，包括：探測電路和LC無源無線傳感器電路。探測電路與LC無源無線傳感器電路通過電感磁諧振弱耦合無線連接。探測電路發送激勵信號至LC無源無線傳感器電路，LC無源無線傳感器電路根據待測物理量的變化產生調制信號，調制信號通過電感磁諧振弱耦合方式傳輸到探測電路，進而由探測電路解析出待測物理量的變化。

探測電路包括：第一電感線圈、可調電阻、可調電容模塊和矢量網絡分析模塊。第一電感線圈的一端連接可調電阻的一端，可調電阻的另一端連接矢量網絡分析模塊的一端，矢量網絡分析模塊的另一端連接可調電容模塊的一端，可調電容模塊的另一端連接第一電感線圈的另一端。

其中，可調電容模塊包括：變容二極管、直流電壓源、阻交電阻、第一隔直電容、第二隔直電容。第二隔直電容的一端與矢量網絡分析模塊相連，第二隔直電容的另一端與變容二極管的正極相連，變容二極管的負極與第一隔直電容的一端相連，第一隔直電容的另一端與第一電感線圈的一端相連；直流電壓源的正極與變容二極管的正極相連，直流電壓源的負極與阻交電阻的一端相連，阻交電阻的另一端與變容二極管的負極相連。矢量網絡分析模塊包括：交流信號源和源內阻，交流信號源的一端與可調電容模塊相連，交流信號源的另一端與源內阻的一端相連，源內阻的另一端與可調電阻的一端相連，可調電阻的另一端與第一電感線圈的另一端連接。